مقاله خط سقف سخت افزار کوانتومی: ارزیابی تأثیر بیانگر گیت بر طراحی پردازنده کوانتومی

چکیده

The design space of current quantum computers is expansive with no obvious winning solution. This leaves practitioners with a clear question: “What is the optimal system configuration to run an algorithm?”. This paper explores hardware design trade-offs across NISQ systems to guide algorithm and hardware design choices. The evaluation is driven by algorithmic workloads and algorithm fidelity models which capture architectural features such as gate expressivity, fidelity, and crosstalk. We also argue that the criteria for gate design and selection should be extended from maximizing average fidelity to a more comprehensive approach that takes into account the gate expressivity with respect to algorithmic structures. We consider native entangling gates (CNOT, ECR, CZ, ZZ, XX, Sycamore, $\sqrt{\text{iSWAP}}$), proposed gates (B Gate, $\sqrt[4]{\text{CNOT}}$, $\sqrt[8]{\text{CNOT}}$), as well as parameterized gates (FSim, XY). Our methodology is driven by a custom synthesis driven circuit compilation workflow, which is able to produce minimal circuit representations for a given system configuration. By providing a method to evaluate the suitability of algorithms for hardware platforms, this work emphasizes the importance of hardware-software co-design for quantum computing.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

فضای طراحی رایانه های کوانتومی فعلی و بدون راه حل برنده آشکار است.این سؤال واضح را به این سؤال واضحی می اندازد: “پیکربندی بهینه سیستم برای اجرای الگوریتم چیست؟”در این مقاله به بررسی معاملات سخت افزاری در سیستم های NISQ برای راهنمایی الگوریتم و گزینه های طراحی سخت افزاری می پردازیم.ارزیابی توسط بار کاری الگوریتمی و مدل های وفاداری الگوریتم هدایت می شود که ویژگی های معماری مانند بیان دروازه ، وفاداری و متقاطع را ضبط می کند.ما همچنین استدلال می کنیم که معیارهای طراحی و انتخاب دروازه باید از به حداکثر رساندن وفاداری متوسط به یک رویکرد جامع تر که بیان دروازه را با توجه به ساختارهای الگوریتمی در نظر می گیرد ، گسترش یابد.ما دروازه های درهم و برهم بومی را در نظر می گیریم (CNOT ، ECR ، CZ ، ZZ ، XX ، Sycamore ، $ \ SQRT {\ TEXT {ISWAP}} $) ، دروازه های پیشنهادی (دروازه B ، $ \ sqrt [4] {\ text {cnot}}}}}}}}}$ ، $ \ sqrt [8] {\ text {cnot}} $) ، و همچنین دروازه های پارامتری (fsim ، xy).روش ما توسط یک گردش کار گردآوری مدار محور سنتز سفارشی هدایت می شود ، که قادر به تولید حداقل بازنمایی مدار برای یک پیکربندی سیستم خاص است.این کار با ارائه روشی برای ارزیابی مناسب بودن الگوریتم ها برای سیستم عامل های سخت افزاری ، بر اهمیت مشترک طراحی سخت افزار برای محاسبات کوانتومی تأکید دارد.